第三章雙像解析攝影測量,雙像解析攝影測量,第三章雙像解析攝影測量,本章主要內容:航攝像對的立體觀察與量測立體相對相對定向與核線幾何立體像對的前方交會公式解析法相對定向、絕對定向光束法雙向解析攝影測量,雙像解析攝影測量,重點內容,雙像解析攝影測量重點內容,主要知識點:立體像對前方交會的基本公式空間后方交會前方交會求解地面點坐標方法光束法雙像解析攝影測量,3-1-1立體視覺原理,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,人眼基本構造,視網膜上大約有108個桿狀細胞，直徑2mm；6.5106個錐狀細胞，直徑28mm,3-1-1立體視覺原理,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,人眼感知過程,來自物體的光刺激視網膜的桿狀和錐狀細胞（物理過程）使其感光（生理過程），通過視神經纖維傳至后大腦視覺中心，經記憶加入已有的概念與經驗（心理過程），從而形成感知,3-1-1立體視覺原理,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,人眼分辨力,單眼能夠判別最小物體的能力稱單眼分辨力用單眼所能觀察出兩點間的最小距離稱第一分辨力用單眼所能觀察出兩平行線間的最小距離稱第二分辨力,雙眼觀察精度比單眼提高,3-1-1立體視覺原理,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,人眼立體視覺,人用雙眼觀察景物可判斷其遠近，得到景物的立體效應，這種現象稱為人眼的立體視覺,3-1-1立體視覺原理,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,人造立體視覺的產生,A,B,3-1-1立體視覺原理,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,立體像對分像條件兩像片上相同景物（同名像點）的連線與眼基線應大致平行兩像片的比例尺應相近（差別像對的立體觀察與量測,像對的立體觀察方法,立體鏡觀察橋式立體鏡在一個橋架上安置兩個相同的簡單透鏡透鏡光軸平行，間距約為眼基距，高度等于透鏡主距,3-1-2像對的立體觀察,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,像對的立體觀察方法,立體鏡觀察反光立體鏡擴大眼基距，可對大像幅進行立體觀察,3-1-2像對的立體觀察,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,疊映影像立體觀察互補色法在投影器中插入互補色濾光片（品紅色、藍綠色）觀測者雙眼分別帶上同色鏡片,像對的立體觀察方法,3-1-2像對的立體觀察,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,像對的立體觀察方法,疊映影像立體觀察光閘法在兩投影光路中各安裝一光閘（一個打開、一個關閉）觀測者雙眼分別帶上與投影器光閘同步的光閘眼鏡光閘起閉頻率10Hz,3-1-2像對的立體觀察,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,疊映影像立體觀察偏振光法在兩投影光路中安裝兩塊偏振平面互成90的起偏鏡觀測者帶上一副檢偏鏡鏡片與起偏鏡相同左右偏振平面相互垂直,像對的立體觀察方法,3-1-3像點坐標獲取,雙像解析攝影測量像對的立體觀察與量測,立體量測原理,攝影測量不僅要在室內看到能觀察到構成的地面立體模型，而且要在模型上進行量測，以確定地面點的三維坐標。,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,主要內容:,立體像對的重要點線面立體像對前方交會定義前方交會的基本公式,A,同名光線同一地面點發出的兩條光線,同名像點同名光線在左右像片上的構像,同名核線核面與左右像片面的交線,核面攝影基線與某一地面點組成的平面,一、立體像對的重要點線面,攝影基線相鄰兩攝站的連線,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,由立體像對中兩張像片的內、外方位元素和像點坐標來確定相應地面點在物方空間坐標系中坐標的方法,二、定義,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,三、基本公式,利用點投影系數的空間前方交會方法,利用共線方程的嚴格解法,三、基本公式,1、點投影系數法,M,Ztp,Ytp,Xtp,(XA,YA,ZA),3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,攝影基線,B,BX=Xs2Xs1,BY=Ys2Ys1,BZ=Zs2Zs1,同名光線投影,點投影法前方交會,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,獲取已知數據x0,y0,f,XS1,YS1,ZS1,1,1,1,XS2,YS2,ZS2,2,2,2量測像點坐標x1,y1,x2,y2由外方位線元素計算基線分量BX,BY,BZ由外方位角元素計算像空間輔助坐標X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2計算點投影系數N1,N2計算地面坐標XA,YA,ZA,計算過程：,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,已知值x0,y0,f,Xs,Ys,Zs,觀測值x1,y1,x2,y2未知數X,Y,Z,2、嚴密解法,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,整理得,其中：,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,空間后方交會前方交會求解地面點坐標計算過程：,選點刺點加注說明,1）野外像片控制測量,野外用地面測量方法測出四個控制點的地面測量坐標,平高控制點,所求地面點,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,空間后方交會前方交會求解地面點坐標計算過程：,2）量測像點坐標a、四個控制點的像片上的坐標；b、需要解求的地面點的像點坐標。,3）空間后方交會計算兩張像片的各自六個外方位元素4）空間前方交會計算未知點地面坐標,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量按照立體像對與被攝物體的幾何關系，以數學計算方式，通過計算機解求被攝物體的三維空間坐標。任務研究立體像對與被攝物體之間的數學關系；如何計算被攝物體的三維空間位置。,3-2像對的前方交會公式,雙像解析攝影測量像對的前方交會公式,利用像片的空間的后方交會與前方交會解求地面目標空間坐標。利用像對相對定向和絕對定向求解地面點的空間坐標。利用光束法雙像解析攝影測量解求地面點的空間坐標。,雙像解析測量方法,本節課重點及作業,雙像解析攝影測量知識回顧1,重點內容:單像空間后方交會公式立體像對前方交會的基本公式空間后方交會前方交會求解地面點坐標方法,本節課重點及作業,雙像解析攝影測量作業1,2雙像解析攝影測量確定待定點坐標有哪幾種方法？6什么是空間前方交會？它能解決什么問題？什么是單像空間后方交會？其觀測值和未知數各是什么？至少需要幾個控制點？如何估計單像空間后方交會的解算精度？,思考題,下節課預習內容,雙像解析攝影測量預習內容1,主要知識點:解析法相對定向解析法絕對定向光束法嚴密解法（一步定向法）,第三章雙像解析攝影測量,雙像解析攝影測量,上節課重點,雙像解析攝影測量重點回顧,重點內容:單像空間后方交會公式立體像對前方交會的基本公式空間后方交會前方交會求解地面點坐標方法,基本要求：掌握空間后方交會公式及應用；理解雙像測圖原理；掌握空間后方交會空間前方交會求解地面點坐標的過程。,本節課內容,雙像解析攝影測量重要知識點,主要知識點:解析法相對定向模型點坐標計算解析法絕對定向光束法嚴密解法（一步定向法）,基本要求：理解像對解析相對定向的概念、相對定向元素解算過程。掌握模型解析絕對定向目的和過程；了解光束法雙像解析攝影測量。,3-3解析法相對定向,雙像解析攝影測量解析法相對定向,主要內容,相對定向元素解析相對定向原理相對定向元素計算模型點坐標計算,攝影過程的“反轉”由“攝影”“投影”,立體模型,地面模型,建立“空間幾何立體模型”光線在空間對對相交如何確定兩張影像的相對位置？相對定向確定兩張影像的相對位置,3-3解析法相對定向,雙像解析攝影測量解析法相對定向,利用立體像對中攝影時存在的同名光線S1a1A和S2a2A對應相交的幾何關系，通過量測的像點坐標(x1、y1)和（x2、y2），以解析計算的方法，解求兩像片的相對方位元素的過程，稱為解析相對定向。,3-3-1相對定向元素,雙像解析攝影測量解析法相對定向,確定立體像對中兩張像片相對位置和姿態關系的參數，稱之為相對定向元素。,相對定向的目的是恢復兩張像片的相對位置和姿態，使同名光線對對相交，建立一個與被攝物體相似的幾何模型，以確定模型點的三維坐標。,怎樣描述相對方位？以兩像片各自相對于選定的同一像空間輔助坐標系的關系來討論兩像片的相對方位“相對方位元素”：像片在像空間輔助坐標系的位置：XsYsZs姿態：像空間輔助坐標系有不同的定義方法,雙像解析攝影測量解析法相對定向,3-3-2解析相對定向原理,相對定向的方法:,連續法解析相對定向單獨法解析相對定向,像空間輔助坐標系的選取：S1-X1Y1Z1左片的像空間坐標系S2-X2Y2Z2與相應坐標軸平行S1-X1Y1Z1連續像對相對定向元素：左像片：XS1=0YS1=0，ZS1=01=1=1=0右像片：XS2=bx,YS2=by，ZS2=bz、,雙像解析攝影測量解析法相對定向,3-3-2解析相對定向原理,連續法相對定向系統,當像空間輔助坐標系的原點選在攝站點上，其坐標軸系保持與立體像對中左片的像空間坐標系分別重合，則左片對像空間輔助坐標系的外方位元素的角元素為零，兩像片外方位元素相對差為：,By，Bz，就是連續法相對定向元素,BX只決定立體模型的大小，不影響相對方位,以左像空間坐標系為基礎，右像片相對于左像片的相對方位元素,連續法相對定向元素：By，Bz，,連續法相對定向元素,3-3-2解析相對定向原理,像空間輔助坐標系的選取：S1-X1Y1Z1X1軸：攝影基線Y1軸：垂直于左片的主核面Z1軸：在左片的主核面內左像片：XS1=0，YS1=0，ZS1=01、1=0，1右像片：XS2=bx=b，YS2=by=YS1=0、ZS2=bz=ZS1=02、2、2B只決定立體模型的比例尺，不影響相對方位,單獨法相對定向元素,2,單獨法相對定向元素：1，1，2，2，2,1,在以左攝影中心為原點、左主核面為XZ平面、攝影基線為X軸的右手空間直角坐標系中，左右像片的相對方位元素,2,2,1,相對定向目的：建立地面立體模型恢復兩張像片的相對位置和姿態同名光線對對相交解析法相對定向：通過計算相對定向元素建立地面立體模型,3-3-2解析相對定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,同名光線對對相交于核面內,共面條件方程,1、連續法解析相對定向原理,連續法解析相對定向原理,泰勒級數展開成一次項線性式為：,其中，F0為函數F的近似值,雙像解析攝影測量解析法相對定向,3-3-2-1連續法定向原理,偏導數1,雙像解析攝影測量解析法相對定向,偏導數2,3-3-2-1連續法定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,偏導數2-1,3-3-2-1連續法定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,偏導數2-1,3-3-2-1連續法定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,線性化方程,等式兩邊同時除以,3-3-2-1連續法定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,系數約簡,3-3-2-1連續法定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,常數項約簡,3-3-2-1連續法定向原理,連續法相對定向中常數項的幾何意義,誤差方程及法方程的建立,量測5個以上的同名點可以按最小二乘平差法求相對定向元素,2、單獨法解析相對定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,3-3-2-2單獨法定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,偏導數3-1,3-3-2-2單獨法定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,偏導數3-2,3-3-2-2單獨法定向原理,雙像解析攝影測量解析法相對定向,3-3-2-2單獨法定向原理,線性化方程,雙像解析攝影測量解析法相對定向,3-3-2-2單獨法定向原理,常數項約簡,單獨法相對定向中常數項的幾何意義,q為相當于像空間輔助坐標系中一對理想像對上同名像點的上下視差當一個立體像對完成相對定向，q0當一個立體像對未完成相對定向，即同名光線不相交，q0,誤差方程及法方程的建立,量測5個以上的同名點可以按最小二乘平差法求相對定向元素,3-3-3相對定向元素計算,雙像解析攝影測量解析法相對定向,獲取已知數據x0,y0,f,x1,y1,x2,y2假定攝影基線Bx=x1-x2設定相對定向元素的初值0由相對定向元素計算像空間輔助坐標X1,Y1,Z1,X2,Y2,Z2逐點計算誤差方程式的系數和常數項并法化解法方程，求相對定向元素改正數求相對定向元素的新值判斷迭代是否收斂（限差0.01=3105）,3-3-4模型點坐標計算,雙像解析攝影測量解析法相對定向,X1,Y1,Z1,X2,a1,Z2,建立攝影測量坐標系軸系：讓攝測坐標系各坐標軸與像空間輔助坐標系的相對應的坐標軸平行；原點P：選在Z1軸上，與S1的距離為mf。左片攝影中心S1坐標：0，0，mf.,模型點坐標系,a2,3-3-4模型點坐標計算,雙像解析攝影測量解析法相對定向,模型（攝影測量）坐標計算公式,根據空間前方交會公式,模型的概念:用三維坐標描述的地面的幾何形狀。,3-3-4模型點坐標計算,雙像解析攝影測量解析法相對定向,模型點坐標,3-4解析法絕對定向,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,主要內容,絕對定向元素三維空間相似變換原理相似變換參數計算地面坐標計算,3-4解析法絕對定向,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,要確定立體模型在實際物空間坐標系中的正確位置，則需要把模型點的攝影測量坐標轉化為物空間坐標。這種坐標系的變換，稱之為立體模型的絕對定向,3-4-1絕對定向元素,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,描述立體像對在攝影瞬間的絕對位置和姿態的參數稱目的：將建立的模型坐標納入到地面坐標系統中，并歸化為規定的比例尺方法：通過將相對定向建立的立體模型進行縮放、旋轉和平移，使其達到絕對位置,O,Zt,Xt,Yt,絕對定向元素：，X0，Y0，Z0，,絕對定向元素,3-4-1絕對定向元素,絕對定向元素的計算解算思路：多余觀測，平差方法計算線性化列誤差方程組成法方程解法方程（迭代運算）,3-4-2三維空間相似變換原理,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,相似變換參數：，X0，Y0，Z0，,立體模型空間相似坐標變換，數學上是一個不同原點的三維空間相似變換，其公式為,3-4-2三維空間相似變換原理,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,相似變換參數：，X0，Y0，Z0，,3-4-2三維空間相似變換原理,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,三維空間相似變換方程線性化,記,式中，F0為用絕對定向元素近似值代入得到的近似值。,3-4-2三維空間相似變換原理,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,偏導數,3-4-2三維空間相似變換原理,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,常數項,為解這七個未知數，至少需要兩個平高控制點和一個高程控制點，或是兩個平面控制點和三個高程控制點，且三個高程控制點不能在一條直線上。,3-4-2三維空間相似變換原理,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,三維空間相似變換誤差方程,設,則,3-4-2三維空間相似變換原理,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,法方程的建立與求解,量測2個平高和1個高程以上的控制點可以按最小二乘平差原理求絕對定向元素,3-4-3相似變換參數的計算,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,獲取控制點的兩套坐標Xp,Yp,Zp,Xtp,Ytp,Ztp給定相似變換參數的初值1,0,X0=Y0=Z0=0,計算地面攝測坐標系和空間輔助坐標系重心化坐標,計算誤差方程式的系數和常數項解法方程，求相似變換參數改正數計算相似變換參數的新值判斷迭代是否收斂,3-4-3相似變換參數的計算,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,重心坐標的一般求法對參加解求絕對定向元素的控制點取其算術平均值求出。,概念：選取模型的重心為坐標系的原點（用g表示），稱為重心化坐標。,重心坐標,重心化坐標,目的,減少模型點坐標在計算過程中的有效位數，以保證計算的精度使法方程的系數簡化，個別項數值變為零，部分未知數可以分開求解，以提高計算速度,相似變換的誤差方程,雙像解析攝影測量解析法絕對定向,設,則